Спосіб управління багатоступінчатим водовідливом шахт

Реферат: Спосіб управління багатоступінчатим водовідливом шахт полягає в тому, що в моменти часу міжпікового періоду вимірюють об'єм води в регульованій частині водозбірника і час, що залишився до початку наступного періоду максимуму енергосистеми, визначають їх відношення. Прогнозують природні водоприпливи в водозбірники нижнього і проміжних ступенів, задають крок дискретизації процесу регулювання, а також максимальні і мінімальні значення об'ємів води в регульованій частині водозбірників. UA 74583 U (54) СПОСІБ УПРАВЛІННЯ БАГАТОСТУПІНЧАТИМ ВОДОВІДЛИВОМ ШАХТ UA 74583 U UA 74583 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до управління водовідливними установками шахт в гірничорудній, вугільній та інших галузях з підземним способом видобутку корисних копалин. Відомий спосіб управління водовідливними установками, який реалізується за допомогою апаратури автоматизації типу УАВ (Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. 2-е изд., перераб. и доп. - М: Недра, 1983). Цей спосіб визначає моменти включення-відключення насосних агрегатів ступеня водовідливної установки при досягненні рівнем води в водозбірнику певних електродних датчиків, які розташовані на певних рівнях висоти водозбірника. Звичайна схема передбачає датчики нижнього, проміжного, верхнього і аварійного рівнів води. За даним способом передбачається включення певної визначеної кількості насосних агрегатів при досягненні рівнем води датчиків проміжного і верхнього рівнів. Решта насосів включаються на відкачку аварійного рівня води. При зменшенні об'єму води нижче датчика нижнього рівня всі насосні агрегати відключаються. Недоліком цього способу є те, що він не забезпечує позапікове споживання електроенергії водовідливними установками, враховуючи існуючу диференціацію енерготарифів для часів максимуму енергосистеми (максимальний тариф) і міжпікового періоду (мінімальний тариф). Включення-відключення насосних агрегатів ніяк не пов'язано з астрономічним часом періодів максимуму і міжпікових, відносно яких застосовуються диференційовані тарифи енергоспоживання. Це призводить до завищення енерговитрат експлуатації водовідливних установок. Найбільш близьким за змістом до заявленої корисної моделі є спосіб управління водовідливною установкою [А. с. СРСР № 1004988 кл. G05D 9/12], який полягає в тому, що в моменти часу міжпікового періоду вимірюють об'єм води в регульованій частині водозбірника і час, що залишився до початку наступного періоду максимуму енергосистеми, визначають їх відношення і порівнюють з заданим, а продуктивність установки регулюють шляхом включення (відключення) насосних агрегатів при відхиленні відношення вимірюваних величин від заданого над встановлений допуск. Недоліком відомого способу є завищена потреба у встановленій потужності, а також зменшення терміну служби обладнання насосних агрегатів, пов'язане з тим, що за даним способом не враховується прогноз надходження води в водозбірник. Внаслідок цього для проміжних ступенів водовідливу, де природні водоприпливи, що надходять до проміжного водозбірника, значно менші за обсяги надходження води в цей водозбірник від насосів нижнього ступеня, маємо ефект, коли накопичення води в водозбірнику до початку міжпікового періоду незначне (насосні агрегати нижнього ступеня в передуючий піковий період не включались або працювали мінімально). За цих умов, згідно з відомим способом, насосні агрегати проміжного ступеня на початку міжпікового періоду включатися не будуть до того моменту, поки водозбірник не заповниться до обсягу, відповідного верхньому допуску для даного моменту часу, що призводить до втрати часу роботи в міжпіковий період, а відтак - до недовикористання наявних потужностей, завищенню потреби установки в насосних агрегатах. Крім того, при відхиленнях за межі встановленого допуску швидкості заповнення водозбірника, які можуть спричинитися тимчасовою зміною режиму роботи нижнього ступеня або випадковою тимчасовою зміною природного водоприпливу, за відомим способом управління зміниться продуктивність ступеня, що збільшить частоту включення-відключення агрегатів, а відтак буде зменшуватися їх термін служби. Задачею корисної моделі є удосконалення способу управління шахтним водовідливом за рахунок прогнозування природних водоприпливів в водозбірники, а також синхронізації режимів роботи окремих ступенів багатоступінчатого шахтного водовідливу шляхом введення в критерій визначення розрахункових параметрів діаграм прогнозних значень водоприпливу і очікуваних обсягів надходження води від насосів нижніх ступенів. Технічний результат від використання корисної моделі полягає в тому, що за заявленим способом мінімізується кількість переключень в схемі роботи водовідливної установки, що сприяє збільшенню терміну служби обладнання, а також забезпечується більш ефективне використання наявних потужностей насосних агрегатів завдяки прогнозу водоприпливу і координації режимів роботи різних ступенів водовідливу. Поставлена задача вирішується тим, що в моменти часу міжпікового періоду вимірюють об'єм води в регульованій частині водозбірника і час, що залишився до початку наступного періоду максимуму енергосистеми, визначають їх відношення, згідно з корисною моделлю, прогнозують природні водоприпливи в водозбірники нижнього і проміжних ступенів, задають крок дискретизації процесу регулювання, а також максимальні і мінімальні значення об'ємів води в регульованій частині водозбірників, одиничні продуктивності насосних агрегатів і параметр зони нечутливості і визначають умовну продуктивність кожного ступеня водовідливу, 1 UA 74583 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 яка дорівнює сумі прогнозного природного водоприпливу, відношення об'єму води в регульованій частині водозбірника до часу, що залишився до кінця поточного періоду максимуму енергосистеми і умовній продуктивності нижнього ступеня, а режим роботи ступеня задають на підставі умовно-потрібної кількості включених насосних агрегатів, яка дорівнює відношенню умовної продуктивності ступеня до одиничної продуктивності насосних агрегатів ступеня, при цьому на початку кожного періоду для кожного ступеня водовідливу визначають параметри оптимальної діаграми цього періоду, що складається із часу роботи більшої розрахункової кількості агрегатів, яка дорівнює більшому цілому умовно-потрібної кількості і часу роботи меншої розрахункової кількості агрегатів, яка дорівнює меншому цілому умовнопотрібної кількості, одночасно термін роботи більшої розрахункової кількості насосних агрегатів визначають як добуток загального часу поточного періоду на дробову частину умовно-потрібної кількості, а термін роботи меншої розрахункової кількості - як різницю між загальним часом поточного періоду і терміном роботи більшої розрахункової кількості насосних агрегатів, а режим роботи кожного ступеня регулюють шляхом включення-відключення насосних агрегатів в моменти часу, відповідні вибраному кроку дискретизації процесу регулювання, причому на початку поточного періоду включають більшу розрахункову кількість насосних агрегатів і на кожному кроці регулювання порівнюють поточний час від початку поточного періоду із потрібним розрахунковим часом переключення, який визначають рівним терміну роботи більшої розрахункової кількості насосних агрегатів, якщо в попередні часи поточного періоду кількість включених агрегатів не зменшувалася, і при досягненні поточним часом в межах поточного періоду цього значення розрахункового часу переключення, залишають включеними меншу розрахункову кількість агрегатів, а якщо в попередні часи поточного періоду відбулося зменшення кількості включених насосних агрегатів, то розрахунковий час переключення визначають як суму часу роботи меншої розрахункової кількості агрегатів і часу, що пройшов від початку поточного періоду до зменшення кількості включених агрегатів, і при досягненні часом в межах поточного періоду цього розрахункового часу переключення, залишають включеними більшу розрахункову кількість насосних агрегатів, крім того, при наближенні до кінця поточного періоду, а саме після досягнення часом в межах поточного періоду значення добутку загального часу поточного періоду на параметр нечутливості, переключень в схемі роботи насосних агрегатів до кінця поточного періоду не здійснюють, крім випадків зменшення об'єму води в регульованій частині водозбірника нижче заданого мінімального значення - відключають один насосний агрегат, а при досягненні заданого максимального значення включають додатково один насосний агрегат, а при роботі в періоди максимуму енергосистеми умовну продуктивність ступеня розраховують як суму прогнозного водоприпливу і відношення різниці між об'ємом води в регульованій частині водозбірника і заданим максимальним значенням об'єму до часу, що залишився до кінця поточного періоду максимуму енергосистеми, причому якщо умовнопотрібна кількість включених агрегатів є від'ємним значенням, то кількість включених насосних агрегатів вибирають рівною нулю. Заявлена корисна модель ілюструється схемами, де на фіг. 1 показано блок-схему способу управління, а на фіг. 2 - діаграми роботи насосних агрегатів ступеня водовідливу. Спосіб управління багатоступінчатим водовідливом шахт реалізується наступним чином. Блок-схема складається із двох укрупнених блоків: блок 1 - технологічна схема багатоступінчатого водовідливу (ТС), блок 2 - система управління (СУ). Кожен із перелічених укрупнених блоків містить внутрішні блоки. Блок 1 (ТС) складається із трьох блоків 3, 4 і 5, які представляють відповідно нижній, І-й проміжний і ІІ-й проміжний ступені шахтного водовідливу. Відкачування води відбувається за допомогою насосних агрегатів на кожному ступені водовідливу, загальна кількість яких визначається на основі норм технологічного проектування і вибирається з урахуванням необхідного резерву і можливого ремонту агрегатів. Насосні агрегати відкачують воду із водозбірника нижнього за схемою ступеня до проміжного (наступного за схемою) ступеня водовідливу. Насосні агрегати останнього за схемою (ІІ-го проміжного ступеня) відкачують воду на поверхню. Водозбірники кожного ступеня акумулюють воду, що дренується в гірничих виробітках, розташованих вище рівня водозбірника (природний водоприплив). В умовах експлуатації шахт, як правило, максимальний природній водоприплив надходить до водозбірника нижнього ступеня. До водозбірників проміжних ступенів надходить вода від перекачування насосними агрегатами попереднього за схемою ступеня, яка разом із природним водоприпливом відкачується в водозбірник верхнього ступеня або на поверхню. Блок 2 (СУ) містить три блоки 6, 7 і 8. Блоки 6, 7 і 8 являють собою І-й, ІІ-й і ІІІ-й блоки управління, які керують роботою нижнього, І-го проміжного і ІІ-го проміжного ступеню водовідливу відповідно. 2 UA 74583 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Всі блоки управління (6, 7 і 8) є однотипними і мають по два інформаційних входи (1-й і 2-й номери) і по два інформаційних виходи (3-й і 4-й номери кожного блока). На 1-й вхід кожного блока управління (6, 7 і 8) надходить інформація про прогнозний об'єм води, що надійде з попереднього за схемою ступеня водовідливу впродовж поточного періоду. На блок 6 (блок управління нижнього ступеня) по входу 1 надходить нульовий сигнал. По 2-му входу кожного блока управління (6, 7 і 8) надходить інформація про фактичний об'єм води в водозбірнику відповідного ступеня водовідливу. По 3-му інформаційному виходу кожного блока управління (6, 7 і 8) відбувається управління роботою насосних агрегатів ступеня: включення або відключення агрегатів здійснюється у визначені кроком дискретизації моменти часу за умов відповідності (невідповідності) фактичної кількості включених насосних агрегатів в поточний момент часу визначеній в блоці управління (6, 7 або 8) заданій кількості. В блоках управління 6 і 7 4-ий інформаційний вихід, зв'язаний з 1-им входом наступного за схемою водовідливу блока управління (відповідно блоки 7 і 8), здійснює передачу інформації про прогнозні об'єми відкачування води до водозбірника наступного ступеня. По 4-му інформаційному виходу блока 8 здійснюється передача інформації про прогнозні об'єми відкачування води на поверхню до інформаційної системи підприємства вищого рівня. Крім того, система управління (блок 2) здійснює відлік астрономічного часу і забезпечує фіксацію часу початку кожного поточного періоду (максимуму енергосистеми або міжпікового), а також відлік часу з моменту початку цього поточного періоду. Основним критерієм регулювання в міжпікові часи є максимально можливе відкачування води з водозбірників до початку періоду максимуму енергосистеми. Виходячи з цього, загальний об'єм води, який необхідно відкачати з водозбірнику до початку періоду максимуму енергосистеми, має три складові: Vi відк.=qi Тм.п. + Vі факт.+Vі-1 відк.; де qi - природний водоприплив до водозбірника і-го ступеня; Тм.п. - тривалість міжпікового періоду; Vі факт. - фактичний об'єм води, що знаходиться в водозбірнику на момент початку міжпікового періоду; Vі-1 відк. - об'єм води, який надійде з (і-1)-го (нижнього за схемою) ступеня водовідливу до початку періоду максимуму енергосистеми. Тоді умовна (середня) продуктивність і-го ступеня Qі повинна забезпечити відкачування цього об'єму води впродовж часу Тм.п.: Qі=Vі відк./Тм.п.=qi+Vі факт./Тм.п.+Qі-1, де Qі-1 - умовна продуктивність (і-1)-го (попереднього за схемою) ступеня водовідливу. Регулювання продуктивності відкачування води водовідливними установками здійснюється зазвичай шляхом включення-відключення насосних агрегатів. Таким чином з метою забезпечення умовної продуктивності впродовж поточного періоду будемо мати ступінчату діаграму роботи насосів (діаграма 9 на фіг. 2), в якій умовна (середня за час Т м.п.) продуктивність забезпечується регулюванням часу роботи більшої і часу роботи меншої кількості включених насосних агрегатів в межах поточного періоду. Якщо одинична продуктивність насосного агрегату і-го ступеня складає Рі од.) то умовнопотрібна кількість насосних агрегатів, що забезпечить відкачування об'єму Vі відк., буде дорівнювати: nі умовн.=Qi/Pі од. Оптимальною діаграмою з точки зору мінімізації переключень агрегатів впродовж поточного періоду буде діаграма роботи (ni+1) - більшої розрахункової кількості включених агрегатів і ni меншої розрахункової кількості включених агрегатів. Терміни ділянок діаграми з (ni+1) та ni включеними агрегатами можна визначити за умов забезпечення необхідної умовної продуктивності ступеня Qi: Qi Тм.п.=Рі од.(ni+1)ΔТі б+Рі од. ni ΔТі м; де ΔТі б та ΔТм - терміни роботи більшої розрахункової кількості (nі+1) і меншої розрахункової кількості nі включених насосних агрегатів відповідно. Враховуючи, що в межах міжпікового періоду ΔТ і б+ΔТм=Тм.п., для термінів ділянок діаграми будемо мати: ΔТі б=Тм.п.(Qi/Рі од.-ni); ΔТі м= Тм.п.-ΔТі б=Тм.п.(ni+1-Qi/Pi од.). Вираз (Qi/Pi од.-ni) - є дробовою частиною умовно-потрібної кількості ni умовн., оскільки ni умовн.=Qі/ Pi од. - не є цілим числом. Вирази в дужках не повинні бути від'ємними, оскільки за змістом ΔТі б>0; ΔТі м>0, а відтак ni